Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

wenn es genau die richtige Energiemenge enthält. Selbst wenn man die dunkle Materie berücksichtigt, reichte Materie einfach nicht aus, um die Flachheit zu erklären, die von WMAP und ballongestützten Detektoren gemessen wurde. Es musste noch andere Energie geben. Dunkle Energie ist die einzige Möglichkeit, um die Flachheit des Universums – ohne messbare Krümmung des dreidimensionalen Raumes – zu erklären und eine Übereinstimmung mit allen bisherigen Messungen herzustellen.
    Dunkle Energie, die den größten Teil der Energie des Universums ausmacht – annähernd 70 Prozent – ist gar noch rätselhafter als dunkle Materie. Der Beleg, der die Physikgemeinschaft von der Existenz dunkler Energie überzeugte, war die Entdeckung, dass die Expansion des Universums gegenwärtig zunimmt – ähnlich wie während der früheren Inflation, aber mit einer viel langsameren Geschwindigkeit. In den späten 1990er Jahren überraschten zwei unabhängige Forschungsteams, das Supernova Cosmology Project und das High-z Supernova Team die Physikgemeinschaft, als sie entdeckten, dass die Expansionsgeschwindigkeit des Universums sich nicht mehr verlangsamt, sondern vielmehr zunimmt.
    Vor den Supernovamessungen hatten einige wenige Hinweise auf die Existenz fehlender Energie hingedeutet, aber die Belege waren schwach gewesen. Sorgfältige Messungen in den 1990er Jahren zeigten jedoch, dass eine entfernte Supernova dunkler als erwartet war. Da diese besondere Art von Supernova-Licht auf eine ziemlich gleichmäßige und vorhersagbare Weise abstrahlt, konnte das nur durch etwas Neues erklärt werden. Und dieses Neue scheint eine beschleunigte Expansion des Universums zu sein – d.h., es expandiert immer schneller.
    Diese Beschleunigung würde sich nicht aus gewöhnlicher Materie ergeben, deren Gravitationsanziehung die Expansion des Universums verlangsamen würde. Die einzige Erklärung konnte nur ein Universum sein, das sich wie ein inflationäres verhält, aber mit weit geringerer Energie als während der inflationären Phase, die das Universum viel früher durchlaufen hatte. Diese Beschleunigung konnte nur auf etwas zurückgeführt, das wie die kosmologische Konstante wirkte, die Einstein eingeführt hatte, oder die dunkle Energie, wie sie schließlich genannt wurde.
    Im Unterschied zur Materie übt die dunkle Energie einen negativen Druck auf ihre Umgebung aus. Ein gewöhnlicher positiver Druck begünstigt einen nach innen gerichteten Zusammenbruch, während ein negativer Druck zu einer beschleunigten Expansion führt. [67]   Der offensichtlichste Kandidat für negativen Druck – einer, der bisher mit den Messungen übereinstimmt – ist Einsteins kosmologische Konstante, die eine Energie und einen Druck darstellt, die zwar das Universum ausfüllt, aber nicht an Materie gebunden sind. Dunkle Energie ist der allgemeinere Begriff, den wir jetzt verwenden, um die Möglichkeit einzuräumen, dass die angenommene Beziehung der kosmologischen Konstante zwischen Energie und Druck nicht genau stimmt, sondern nur annähernd.
    Heute ist die dunkle Energie der dominierende Bestandteil der Energie des Universums. Das ist umso bemerkenswerter, als der Betrag der Dichte dunkler Energie sich als außerordentlich klein erweist. Die dunkle Energie war erst während der letzten paar Milliarden Jahre vorherrschend. Früher in der Evolution des Universums waren zuerst Strahlung und dann Materie dominant. Aber Strahlung und Materie, die sich über das Volumen eines immer größer werdenden Universums verteilen, werden verdünnt. Die Dichte der dunklen Energie blieb andererseits jedoch konstant, und zwar selbst dann, als das Universum größer wurde. Als das Universum einmal so lange existiert hat wie heute, hatte die Energiedichte an Strahlung und Materie so gewaltig abgenommen, dass die dunkle Energie, die nicht ausdünnte, schließlich dominierte.

Abb. 77: Das Universum hat sich im Lauf der Zeit auf verschiedene Weise ausgedehnt. Während der inflationären Phase expandierte es schnell exponentiell. Die gewöhnliche Urknall-Expansion schloss sich an, als die Inflation beendet war. Durch die dunkle Energie wird die Expansionsgeschwindigkeit nun wieder beschleunigt.
    Trotz des unglaublich winzigen Werts der dunklen Energie musste sie schließlich zwangsläufig dominieren. Nach einer 10 Milliarden Jahre dauernden Expansion mit immer langsamerer Geschwindigkeit wurde der Einfluss dunkler Energie am Ende spürbar, und das Universum